О замечательных нелинейно-оптических свойствах природного ликопина томата

Jun 05, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 9078 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1906 г.

7 цитат

Подробности о метриках

В связи с возобновившимся интересом к разработке новых нелинейно-оптических (NLO) материалов, свойства NLO природного ликопина впервые описаны в научной литературе. Показано, что природный ликопин, коррелирующий с его линейной конформацией 1-D сопряженных π-электронов, демонстрирует значительно повышенную нелинейность 3-го порядка χ(3), достигающую 2,65 · 10-6 э.е., что является самым большим значением среди всех исследованных природных фитосоединений, поэтому далеко, включая β-каротин. Помимо насыщающегося поглощения, соответствующий наблюдаемый эффект самодефокусировки в ликопине, по-видимому, является результатом тепловой нелинейности. Нелинейный отклик в сочетании с наблюдаемой флуоресценцией в видимом спектральном диапазоне указывает на потенциальное применение фотодинамической терапии, а также на возможность разработки новых гибридных NLO-наноматериалов на основе ликопина.

Нелинейно-оптические материалы (NLO) постепенно развивались в течение последних 20 лет, несмотря на продолжающиеся интенсивные исследования с целью открытия новых материалов NLO1,2,3. Такое исследование новых материалов NLO обусловлено актуальными приложениями технологической фотоники, связанными с ИКТ, особенно в логических системах, всех оптических переключениях, преобразованиях частоты, усилении света, оптической бистабильности, всех оптических переключениях, среди прочего. Кроме того, материалы NLO стали иметь решающее значение из-за их решающей роли в высокоскоростной обработке информации для решения проблем снижения энергопотребления и увеличения скорости, а также пропускной способности в различных современных технологиях ИКТ.

NLO-материалы обладают значительной оптической восприимчивостью второго или третьего порядка χ(2) или χ(3). Различают неорганические и органические семейства. Среди неорганических веществ бета-борат бария (BaB2O4), титанат бария (BaTiO3), ниобат лития (LiNbO3), KH2PO3 (KDP), танталит лития (LiTaO3) и ниобат калия (KNbO3) являются материалами χ(2) оптического переключения и удвоения частоты. которые изучались десятилетиями. Среди органики имеется большое количество χ(3) и χ(2) органических веществ, включая красители, диметиламинонитростильбен, метилнитроаналин, поли-BCMU, полидиацетилены и мочевину4. Поскольку они по существу представляют собой цепи, многие органические молекулы легко поляризуются и, следовательно, проявляют восприимчивость более высокого порядка. Поляризуемость органических материалов часто усиливается за счет подвижности делокализованных π-электронов по связям C–C в ароматических кольцах. Аналогично, гибридные материалы NLO даже были разработаны путем объединения органических и неорганических компонентов, таких как металлофталоцианины, которые демонстрируют сильное поглощение в возбужденном состоянии5,6.

Среди первых органических материалов НЛО можно выделить кумарин, первоначально полученный из природного соединения; бобы Тонка7. Семейство натуральных красителей кумаринового происхождения послужило основой для создания первой серии перестраиваемых лазерных источников; Лазерные источники на красителях. Однако молекула кумарина нефлуоресцентна, она проявляет интенсивные флуоресцентные свойства при замещении функциональных групп в разных положениях. Помимо кумарина, было обнаружено, что несколько природных соединений демонстрируют значительный NLO-ответ в видимом и ИК-спектральном диапазоне, включая природный хлорофил8,9,10,11.

Как упоминалось ранее, было показано, что сопряженные квазиодномерные π-электронные системы, такие как полупроводниковые полимеры, демонстрируют усиленный NLO-отклик третьего порядка. Соответственно, поскольку ликопин, экстрагированный из плодов томата, обладает такой одномерной электронной конформацией π-электронов (рис. 1), он также должен проявлять ответ χ(3). Действительно, ликопин из натурального экстракта томата представляет собой терпен, состоящий из 8 молекул изопрена с химической формулой C40H56. Ликопин из томата представляет собой длинную молекулу с углеродной цепью, сопряженную с π-электронами (рис. 1). Как и в случае с большим семейством каротиноидов, остов такой молекулы состоит из чередующихся одинарных и двойных углеродных связей12. Точнее, ликопин имеет 11 сопряженных двойных углеродных связей вдоль своей основной цепи, две несопряженные двойные связи и не имеет концевых групп (рис. 1).